680695 — культиватор для выращивания хлореллы —
Культиватор для выращивания хлореллы
Иллюстрации
Показать все
Реферат
Союз Советских
Социалиатимескиз
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ
< 68О695 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Занвлено07.12.77 (21) 2553057/30-15 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано25.08.79.Бюллетень №31
Дата опубликования описания 28.08.79 (51) М. Кл
А 01 5 ЗЗ/00
Гасударственный ксмитет ссса а деяам извбрвтеей и сткрмтн» (53) УДК 631.589 (088.8) (72) Авторы изобретения
О. И. Прокопов и P. А. Алмаев
Башкирский сельскохозяйственный институт (71) Заявитель (54) КУЛЬТИВАТОР ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ
ХЛОРЕЛЛЫ
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для производства .хлореллы и других микроводорослей, и может быть использовано также в качестве янокулятора при очистке сточных вод. S
Известны культиваторы для выращивания хлореллы, содержащие емкость, устройства цла перемешивания суспензии и насьпцения ее воздухом и углекислым газом I 13, Недостатком этих культиваторов является ннзкая эффективность культивирования и большие расходы углекислого газа.
Известен также цилиндрический реактор открытого типа для культивирования микроводорослей с коническим дном с центральным выпускным отверстием, газовым колпаком и мешалкой. В центре емкости установлена кольцевая горизонтальная. перегородка с возможностью регулирования ее положения по высоте, а под ней установлена сплошная перегородка, образующая с дном реактора камеру-отстойник j2).
Недостатком такого реактора являе т. ся низкая эффективность культивирования и сложность конструкции ввиду наличия мешалки и необходимого привода для нее. .11елью изобретения является повышение эффективности культивирования и упрощение конструкции путем исключения из нее мешалки.
Это достигается тем, что культиватор для выращивания хлореллы снабжен сливной трубой, установленной в центре емкости, вокруг которой расположены asa кэнцентрично охватывающих друг друга колпака, днища которых соединены со сливной трубой, а края образуют ступени, параллельные пну емкости, причем аннше первого колпака соединено с трубопроводом подачи углекислого газа, а второго— с трубэпрэвбдэм подачи воздуха. При этом края колпаков и сливной трубы выпэлне2S ны гребенчатыми, а сами колпаки выполнены иэ светопрозрачного материала.
Такое выполнение устройства позволяет осушествлять постоянную активную циркуляцию и перемешивание суспензии, а также насьппение ее под избыточным давлением угпекислым газом и воздухом.
На фиг. 1 нзображен культиватор для выращивания хлореллы, поперечный разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху.
Культиватор включает цилиндрическую емкость 1 с коническим дном 2, в центре которого установлена спивная труба 3.
Вокруг трубы размещены два концентрич> но охватывающих друг друга колпака 4 и 5, днища которых соединены со сливной трубой, а края образуют ступени, параллельные дну емкости 1. Спивная труба 3 и колпаки 4 и 5 крепятся к днищу емкости при помощи стержня 6 и крестовины 7. Днище колпака 4 соединено с трубопроводом 8 подачи воздуха, а днище колпака 5 — с трубопроводом 9 подачи углекислого газа.
Края колпаков 4 и 5 и сливной трубы
3 выполнены гребенчатыми, а сами колпаки выпэпнены из светопрозрачного материала.
Культиватор работает следующим образом.
В емкость 1 по уровню 20-30 см выше колпака 5 заливается питательный раствор и. вносится рассада .хлореллы.
По трубопроводу 8 под колпак 4 при постоянном избыточном давлении, близком к давлению высоты столба суспензии в емкости 1, постоянно подается углекислый газ так, что уровень суспензии под ним находится близко к его краю. А под колпак 5 через трубопровод 9 под давлением, превышающим высоту столба суспензии в емкости 1, постоянно подается воздух так, чтэ он постоянно барботирует через его нижний край. Воздух, барботируя через нижний край колпака 5, уносит из-под него слой жидкости и, проходя по всему периметру емкости 1 в зазоре с колпаком 5 в виде мепкэдисперснэй фазы, массообменивается с суспензией, насьпцая ее, и нодэбно эрпифту транспор тирует ее в верхний слой суспензии в емкости 1. 3а счет падения давления под колпаком 5 в него поступает суспензия из-под колпака 4, где ее поверхностный слой под избыточным давлением кэнтактирует и насьпцается углекислым гаээм.
0695 4
Под колпак 4 суспензия поступает по сливной трубе 3. Одновременно сверху весь обьем суспензи.и в емкости 1 подвергается естественному или искусственному освещению, а также контролируется ее температура.
Таким образом, в культиваторе осуществляется постоянная циркуляция и перемешивание суспензии, насыщение ее под
ФЕ избыточным давлением углекислым газом и воздухом, после чего суспензия хлореллы откачивается по назначению и цикл работы культиватора повторяется.
Выполнение краев колпаков 4 и 5 и сливной труб ы 3 rp еб енч атыми позволяет снизить чувствительность культиватора к некоторой негоризонтапьности.
Благодаря такому исполнению культиватора повышается эффективность культи е вирования. хлореллы эа счет лучшего перемешивания суспенэии и насьпцения ее под угпекислым газом и воздухом, а также упрощается конструкция устройства в целом. формула изобретения
1. Культиватор для выращивания хпо36 реллы, содержащий емкость с коническим дном и устройства для насыщения суспензии углекислым газэм и воздухом, отлич ающийся тем,что, с целью повышения эффективности культивирования и упрощения конструкции, онснаб-. жен сливной трубой, установленной в центре емкости, вокруг которой расположены два концентрично охватываюших друг друга колпака, днища которых соединены со сливной трубой, а края обраюЕ зуют ступени, параллельные дну емкости, причем днище первого колпака соединено с трубопроводом подачи углекислого газа, а второго — с трубопроводом подачи воздуха.
45 2. Культиватор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что края колпаков и спивной трубы выполнены гребенчатыми.
3. Культиватор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что колпаки выпол>Е нены из светопрозрачного материала.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Культивирование водорослей и высших водных растений, Ташкент. Изд-во
ФАН Узбекской ССР> 1972.
2, Авторское свидетельство СССР № 184555, кл. А 01 5 31/02, 1964.
680661 5
Составитель М. Галкин
Редактор М. Рогова Texpea M. Келемеш М. Вигула
Заказ 4857/4 Тираж 755 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыгий
113OS5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4!5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Культиватор для выращивания хлореллы в искусственных условиях
Цель проекта: создание энергоэффективного и автоматизированного культиватора нового поколения для выращивания хлореллы в искусственных условиях.
Хлорелла – это представитель рода одноклеточных зеленых водорослей. Эту водоросль используют в животноводстве в качестве корма. Хлорелла является активным продуцентом биомассы и содержит полноценные белки, жиры, углеводы и витамины. Хлорелла входит в категорию «суперпродуктов». Среди растений, хлорелла стоит на первом месте по очень многим показателям. Так, например, в биомассе хлореллы белков составляет 40-60 %, углеводов — 30-35 %, липидов 5-10 % и до 10 % минеральных веществ [1].
Цель проекта является создание энергоэффективного и автоматизированного культиватора нового поколения для выращивания хлореллы в искусственных условиях.
Применение хлореллы в различных областях деятельности человека очень широкое:
- в сельском хозяйстве для подкормки растений, птиц и животных, в пчеловодстве и рыбном хозяйстве;
- в пищевой промышленности;
- в медицине, косметологии и парфюмерии;
- для очистки сточных вод и реабилитации водоёмов;
- для производства кислорода;
- для производства биотоплива.
Известно, что хлорелла благодаря своим свойствам позволяет:
- увеличения среднесуточных привесов при откорме крупнорогатого скота и свиней на 30-40%, увеличения удоев коров до 25%;
- резкое, до 4-5 раз, сокращение падежа молодняка за счет укрепления природного иммунитета животных;
- значительное продления сроков хозяйственного использования животных;
- увеличения плодовитости родительского стада, сокращения непродуктивных осеменений и сроков сервис-периода, экономии на ветпрепаратах;
- повышения усвояемости кормов, позволяющее экономить их расходование до 22%.
В условиях сложившейся политической, а как вследствие, и экономической ситуациях, появляется потребность в поднятии отечественного сельского хозяйства, именно на это и направлен наш проект.
Также применение микроводоросли разрешает отказаться от широкого использования синтетических препаратов, стимуляторов и антибиотиков и ориентация животноводства на получение только экологически чистой продукции с высокими потребительскими качествами.
Актуальностьпроекта (решение проблемы): в условиях сложившихся политической, а как вследствие, и экономической ситуаций, появляется потребность в поднятии отечественного сельского хозяйства.
Для культивирования микроводорослей применяется специальное устройство, обычно называемое установкой или реактором. Продуктивность микроводорослей в основном зависит от типа и конструктивных особенностей этих установок. Первые открытые установки были созданы японскими исследователями. Они представляли собой круглый открытые цементированные бассейны диаметром 3-20 м с толщиной слоя суспензии водорослей 10-12 см. перемешивание суспензии осуществляется при помощи насоса, который забирает жидкость из бассейна и возвращает её обратно по трубам, которые вращает реактивная сила выбрасываемой суспензии [1].
Задачей нашего проекта является создание культиватора, который будет обеспечивать водоросли всеми необходимыми условиями для их жизни и размножения. Важнейшим параметром, который оказывает действие на процесс роста микроводорослей, является свет. И в качестве источника света в закрытых установках традиционно применяют лампы накаливания, в том числе кварцевые галогенные с отражателями, зеркальные лампы, люминесцентные. Используют также дуговые ртутные люминесцентные, ксеноновые, натриевые. По сравнению с естественными источниками света искусственные источники могут создавать большую облученность, нежели солнечный свет.
В настоящее время, на рынке светотехники широкое внедрение получили светодиоды, которые обладаю рядом преимуществом перед традиционными источниками света. Благодаря светодиодам, можно точно подобрать параметры излучения – длину волны, мощность, спектр необходимые для культивирования водорослей. Современные светодиоды перекрывают весь видимый диапазон оптического спектра: от красного до фиолетового цвета. Диапазон длин волн излучения светодиодов в красной области спектра составляет от 620 до 635 нм, в оранжевой — от 610 до 620 нм, в жёлтой — от 585 до 595 нм, в зелёной — от 520 до 535 нм, в голубой — от 465 до 475 нм и в синей — от 450 до 465 нм. Таким образом, составляя комбинации из светодиодов разных цветовых групп, можно получить источник света с практически любым спектральным составом в видимом диапазоне [2]. По сравнению с традиционными источниками света, светодиоды очень долговечны. Срок службы современных светодиодов 50-100 тысяч часов при условии 30% снижения светового потока. Светодиоды схемотехнически просто объединяются в последовательно — параллельные структуры, так же несложно осуществлять управление яркостью. Неочевидным плюсом является отсутствие излучения в ближнем ИК диапазоне. В силу своей твердотельной конструкции светодиоды более экологически безопасны и в отличие от люминесцентных ламп не содержат ртуть. Кроме того, светодиоды имеют максимальную светоотдачу, обладают более высоким (до 80 %) коэффициентом полезного использования электроэнергии по сравнению даже с люминесцентными лампами, КПД которых не превышает 50 %.Кроме того, конструктивные особенности светодиодных систем позволяют размещать источники света внутри суспензии микроводорослей, что позволяет лучше утилизировать энергию излучения [3]. Поэтому мы поставилиперед собой задачу использовать для нашего культиватора светодиодный источник излучения.
Прежде всего, необходимо провести ряд экспериментов, которые позволят определить спектр чувствительности хлореллы, а также подобрать спектр облучения, при котором прирост концентрации хлореллы в суспензии будет максимальным. Но необходимо учитывать, что быстрый рост при монохроматичном излучении может повлиять на качественные характеристики микроводоросли.
Форма культиватора является также важной частью проекта, т.к. это решит проблему потерь излучения, которая существует в применяемых культиваторах на сегодняшний день. Был произведен анализ формы реактора микроводорослей ФБР-150, которую предлагает предприятие ООО НПК «ДЕЛО» [4].
Была проведена реконструкция ФБР-150 в программе DiaLUX, которая наглядно демонстрирует потери в углах культиватора. Наш проект предполагает выбор наиболее подходящей формы для обеспечения наименьших потерь излучения, а так же для наилучшего обеспечения микроводорослей всеми необходимыми условиями. При увеличении концентрации хлореллы в суспензии неизбежно будет уменьшаться коэффициент пропускания излучения. Планируется также учесть этот фактор в проекте во время моделирования геометрических характеристик резервуара для культиватора.
Более того, в проекте имеет место автоматизация. Прогнозируется создать культиватор с постоянным контролем необходимых параметров для роста водорослей. На рисунке 1 можно увидеть примерную модель аквариума.
Рисунок 1. Цилиндрический аквариум
Реактор будет иметь датчики фиксации данных,блок управления и устройства для поддержания необходимых параметров. Первыми будут являться датчики
- освещенности,
- O2,
- рH,
- температуры.
Второй обязательный элемент – блок управления (БУ), который состоит из нескольких блоков микросхем.
Последней составляющей будут исполнительные органы культиватора, такие как
- насосы для подвода и отвода воды,
- клапан впуска O2,
- терморегулятор,
- распылитель воздуха (аэратор).
Помимо вышеуказанных элементов культиватора существует вспомогательный – выпускной клапан, служащий для контроля давления внутри реактора.
Создание модели автоматической системы даст возможность отладить каналы связи устройств, а в будущем облегчить эксплуатацию культиватора.
План реализации проекта, смотреть таблицу 1, состоит из нескольких этапов:
Таблица 1. План реализации проекта
| Номер этапа | Название этапа | Результаты |
| 1 | Обзор литературы | Формулировка проблемы |
| 2 | Маркетинговые исследования | Поиск возможных аналогов и выявления их недостатков |
| 3 | Финансовый план | Выявление средств для реализации проекта Прибыльность Срок окупаемости Стоимость продукта |
| 4 | Форма резервуара (культиватора) | Нахождения путем расчетов наиболее эффективной формы и выбор его материала |
| 5 | Источник излучения | Выбор экономичного и энергоэффективного источника излучения – светодиоды |
| 6 | Спектр | Подбор подходящего спектра излучения необходимый хлорелле |
| 7 | Излучатель | По результатам предыдущих этапов – нахождение на рынке или проектирование самостоятельно излучателя |
| 8 | Система автоматического управления | Проектирование схемы управления с учетом контроля необходимых параметров |
| 9 | Сборник урожая | Создание автоматизированного сборника |
| 9 | Закупка оборудования | Сопоставление финансового плана и реальности |
| 10 | Блок управления | Программирование БУ с учетом спроектированной схемы |
| 11 | Сборка | Готовый продукт |
| 12 | Поиск потенциальных клиентов | Продажа продукта |
Мы ожидаем, что наш новый фото-биоректор позволит максимально автоматизировать выращивание микроводорослей, а так же устранить все имеющиеся недостатки применяемых на сегодня культиваторов. Скорость получения и качество готового продукта должны выйти на новый уровень и, в то же самое время, сократиться затраты на электроэнергию и работу обслуживающего персонала.
Нашими партнёрами действующими и предполагаемыми являются (см. таблицу 2):
Таблица 2. Партнеры проекта
| Партнер | Помощь партнера (чем помогают нам) | Отдача (чем мы помогаем) | Состояние взаимоотношений |
| Центр «Опытное производство» (ТПУ) | Сборка установки | Денежные средства | В планах |
| ТПУ |
| В процессе | |
| ТГУ |
|
| В планах |
На сегодня существует необходимость в ресурсах таких как:
1. Кадровые
2. Информационные
- Консультация специалистов по выращиванию хлореллы.
Учитывая небольшие размеры разработанной установки, планируется применять фото-биореактор в сельском хозяйстве. Планируемый масштаб реализации разработанного проекта-на данный момент на региональном уровне. Успешно развиваясь, разработанный проект может достигнуть межрегионального уровня.
Так как в данной разработке для освещения аквариума используются светодиодные светильники, затраты на электричество сократятся по сравнению с использующимися в современных фото-биореакторах галогенных и люминесцентных ламп. Так же срок службы светодиодов намного больше, чем у других ламп.
Учитывая, что система фото-биореактора полностью автоматизирована, сократятся затраты персонал — для обслуживания одной или нескольких установок будет достаточно контроля одного человека.
На основе вышесказанного, в сравнении с использующимися на данный момент фото-биореакторами, данная установка по кульо кулктивности фермах, т.к. т производствахапатентованными разработками, уровня. ять фото-биореактор в сельском хозяйстве.тивированию хлореллы может получить масштабное развитие не только в больших сельскохозяйственных производствах, но и на малых фермах, т.к. увеличивается продуктивность сельскохозяйственных животных при использовании суспензии хлореллы. Более того, хлорелла, являясь пробиотиком, позволяет отказаться от кормовых антибиотиков.
В началемы планируем распространить установку в Томской области, целевой аудиторией могут стать предприятия производящие мясо и молочные продукты, а также яйца, эти компании представлены в таблице 3.
Таблица 3. Целевая аудитория Томской области
Ценность нашего проекта для потребителей в том, что простота и надежность технологии культивирования хлореллы позволяет получать ее в условиях хозяйств, круглый год стабильно высокого качества в необходимом объеме. Для нее не применительно понятие срока хранения. Хлорелла скармливается животным в свежеприготовленном виде, что гарантирует полную сохранность в ее составе особо ценных веществ, имеющих по своей природе минимальные сроки хранения.
В РФ хлореллу создают едва отдельные компании и то, по большей части, для собственных нужд. И в Иркутске имеется в нынешнее время опытно–экспериментальная агрегат по выращиванию хлореллы в ИГОО “Экологическая группа”, где по мере потенциала, вследствие неизменной нехватки средств, проводятся исследования и разрабатываются новейшие методики и технологии.
Научно-производственная компания «ДЕЛО» является родоначальником внедрения инновационной биотехнологии хлореллы в животноводство. Культивирование хлореллы ведётся не стерильно, поэтому требования к используемым помещениям просты: минимальная температура в зимний период должна быть не ниже 15 градусов Цельсия, наличие водопровода и эл. питания 220 В.
Для выращивания хлореллы используются:
— установки серии КМК (культиватор маточной культуры) — КМК-150, представленный на рисунке 2, производительностью 50 литров суспензии в сутки;
Потребляемая эл. мощность КМК-150 – 0,3 кВт/ч. Размеры установки 1,5*0,5*1,1 метра.
Рисунок 2. КМК-150
— установки серии ФБР (рисунок 3) — ФБР-150 и ФБР-250, производительностью соответственно 150 и 250 литров суспензии в сутки.
Рисунок 3. ФБР-150
Потребляемая эл. мощность ФБР-150 – 0,7 кВт/ч. Размеры установки 1,5*1,0*1,1 метра.
Потребляемая эл. мощность ФБР-250 – 1,0 кВт/ч. Размеры установки 2,2*1,0*1.1 метра. Стоимость ФБР-250 – 285 тыс. рублей. Стоимость реактивов на год для ФБР-150 – 7,5 тыс. рублей, ФБР-250 – 10,5 тыс. рублей.
Культиватор хлореллы КХ-60 (рисунок 4) представляет собой модульную установку с производительностью суспензии хлореллы 60 литров в сутки и плотностью клеток 50- 60 млн/мл.
Рисунок 4. КХ-60
Культиватор хлореллы КХ-60 состоит из одной емкости, двух светильников в стеклянных колпаках и сетчатой крышки [4].
Для сравнения в зарубежных фотобиореакторов закрытого типа, представлен на рисунке 5, для промышленного выращивания микроводорослей хлорелла (Chlorellavulgaris) и спирулина (Spirulinaplatensis), в качестве исходного сырья для продуктов питания и как функциональное дополнение, например, в молочных продуктах, напитках, хлебобулочных и макаронных изделиях, а также используемые в пищу и в качестве биологически активной добавки (БАД) или как биодобавки в кормах [5].
Рисунок 5. Реактор закрытого типа
Более конкретно онкуренты по культивированию хлореллы представлены в таблице 4.
Таблица 4. Конкурентные компании
| Конкурентные компании | Контакты(адрес, сайт) | Установка (ки) | Преимущества конкурентных установок | Преимущества нашей разработанной установки | Примечания |
| ООО «Дело» | www.хлорелла.рф | Культиватор маточной культуры — КМК-150 Объем – 50 л. | Минимальная температура жидкости 15оC, в связи с большим объемом, выращивание большего количества суспензии хлореллы | Меньшая стоимость установки, полная автоматизация, меньший расход электроэнергии. | Стоимость от 85 тыс. руб. |
| Фото-биореактор — ФБР-150 Объем – 150 л. | Стоимость от 185 тыс. руб. | ||||
| ОАО «АгроСервер» | http://www.agroserver.ru | Биореактор КХ – 60 | Производство биомассы микроводорослей как на основе отходов агропромышленного комплекса, так и на стандартных питательных средах | Автоматизация, меньший расход энергии за счет освещения светодиодами | Стоимость от 27 тыс. руб. |
| ООО “ Легион Центр” | http://www.b2bsky.ru/companies/legion_centr_ooo_3348105 | Выращивание хлореллы для собственных нужд | |||
| Немецкие фотобиореакторы фирмы AEN EngineeringGmbH&Co. KG | http://agroday.ru/companies/aen_engineering_gmbh__co_kg/announcements/ | Фотобиореакторы закрытого типа для выращивания микроводорослей | Автоматизация процесса, стерильность в связи с закрытым типом фотобиореактора | Меньшая стоимость, меньший расход электроэнергии. | Стоимость 70 тыс. евро |
Наш проект имеет преимущества в энергоэффективности и ресурсоэффективности в отличие от конкурентов. Учитывая, что в Томской области сельское хозяйство на высоком уровне, данный проект получит быстрое развитие и популярность среди ферм больших и малых. При этом существуют возможные риски, которые стоит учесть, они отображены в таблице 5.
Таблица 5. Возможные риски
| Маркетинговые риски | |||||||
| Риски | Последствия | Пути решения | Пути избегания | ||||
| Снижение реализации продукта | Вероятность убытков, а так же перерасход денежных средств | Анализ реализации продукта на рынке, расчет благоприятного момента. | |||||
| Конкуренция | Не востребованность установки | 1. Участие в презентациях и конференциях; 2. Подготовка видеоматериала, реклама; 3. Подробная информация об установке в свободном доступе (сайт производителя и т.п.). | |||||
| Увеличение времени внедрения продукта на рынок | Увеличение затрат, конкуренция | Анализ ситуациина рынке, финансовая подготовленность, отслеживание ситуации на рынке. | |||||
| Финансовые риски | |||||||
| Отсутствие финансирования | Невозможность реализации проекта | Поиск инвесторов | |||||
| Несвоевременное финансирование | Простой | Заключение договоров с четкими сроками | |||||
| Оборотные риски | Простой | Качественное планирование доходов и расходов. | |||||
| Социальные риски | |||||||
| Скептическое отношение к данной установке | Консерватизм потенциальных покупателей, приверженность традиционным методам | Участие в выставках и демонстрациях | |||||
| Отсутствие навыков работы с установкой на стадии приобретения | Возможны неисправности при ненадлежащей эксплуатации, и в следствии, отсутствие запланированного результата |
2. Создание подробной инструкции, прилагающийся к установке. | |||||
| Заимствование технологических решений и принципов конкурентами | Конкуренция, снижение потребительского спроса | Оформления патента, Конфиденциальность относительно особенностей конструкции установки | |||||
Заключительным разделом описания нашего проекта служит финансовый план. Он включает в себя описание необходимых для реализации проекта средств, расходную часть, а также оценку экономической эффективности проекта, доступную на данном этапе реализации проекта.
В таблице 6 представлены инвестиционные расходы, включающие в себя все необходимые материальные и технические ресурсыдля создания прототипа установки культиватора.
Таблица 6. Инвестиционныерасходы
Инвестиционные вложения в проект составляют 69 450 рублей и направлены
на приобретение необходимых составляющих для создания опытного образца. Большинство позиций таблицы 6 представлены на рисунке 1. Также в инвестиционные расходы включена питательная среда, необходимая для прироста хлореллы, и маточная культура хлореллы, помещающаяся в питательную среду.
Расходы на фонд оплаты труда (ФОТ), представлены в таблице 7, составляют 86 тыс. руб. в месяц при среднесписочной численности персонала 8 человек.
Таблица 7. ФОТ
| Наименование | 3/п, руб. | Численность, чел. | ФОТ, руб. |
| Руководитель проекта | 12250 | 1 | 12250 |
| Инженеры-светотехники | 10 750 | 2 | 21500 |
| Инженеры-конструкторы | 10 750 | 2 | 21500 |
| It-специалист | 9 250 | 1 | 9 250 |
| Маркетолог | 10 750 | 1 | 10 750 |
| Бухгалтер | 10 750 | 1 | 10 750 |
| Итого | 8 | 86 000 |
Текущие расходы проекта в месяц представлены в таблице 8.
Таблица 8. Текущие расходы
| Наименование | Вид затрат | Стоимость, руб. |
| Закупка питательной среды | Сырье и материалы | 5 000* |
| Затраты на электричество | Эксплуатационные затраты | 1 500* |
| Аренда помещения | Эксплуатационные затраты | 10 000* |
| Закупка баллона CO2 | Сырье и материалы | 500 |
| Банковские расходы | Эксплуатационные затраты | 500 |
| Итого* | 16 500 | |
| Итого | 1000 |
*Расходы планируется компенсировать посредством участия ВУЗов-партнеров.
По предварительным расчетам на реализацию проекта требуется 952 450 руб., с учетом работы над реализацией проекта в течении 9 месяцев и непредвиденных расходов (100 тыс. руб.).
Дальнейшие планы нашего проекта состоят в следующем:
1. Получение патента
2. Создание дочерней компании НИ ТПУ
3. Выход на рынок Томска
4. Томской области.
Список используемой литературы:
- Музафаров А.М. Таубаев Т.Т. Культивирование и применение микроводорослей. – Т.: ФАН Узбекской ССР, 1984. – 122 с.
- Бахарев И., Прокофьев А., Туркин А., Яковлев А. Применение светодиодных светильников для освещения теплиц: реальность и перспективы // Современные технологии автоматизации.
- Геворгиз Р.Г., Щепачёв С.Г. Предельная оценка продуктивности микроводорослей в условиях естественного и искусственного освещения // Экология моря. – 2021. – Вып. 80. – С. 29-33. 17
- Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.xn--80ajrbapo1b.xn--p1ai – 14.09.14
- Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.agroserver.ru/– 17.09.14
Культивирование водорослей на воде из осетрового бассейна
На воду, взятую из бассейна с осетрами, были инокулированы 3 культуры: Spirulina platensis, Chlorella vulgaris C-1 и неидентифицированная нитчатая форма (сине-зеленая), выделенная из воды. Культуры выращивали в люминостате при двустороннем освещении с интенсивностью 60 Вт/м2 в культуральных сосудах.
Температура культивирования была 24 С. Суспензию водорослей барбатировали газо-воздушной смесью с концентрацией CO2-2%. Культивирование проводили 2 раза. В процессе роста измеряли оптическую плотность культур при длине волны 750 нм. Результаты представлены в таблице.
| Время роста,сутках | Оптическая плотность культур (D750) | ||
| S. platensis | Неиндентиф. форма | Chl. C-1 | |
| 0 (засев) | 0,077 | – | 0,123 |
| 1 | 0,149 | 0,017 | 0,515 |
| 2 | 0,184 | Добавл. среда Зарукка | 0,984 |
| 4 | 0,056 | 0,107 | 0,801 |
| 7 | – | 6,42 | – |
Особые замечания:
- Культура Chlorella C-1 растет нормально (скорость роста лишь в 1,7 раза ниже, чем на стандартной среде Тамийя) без добавления солей в течение 1,5 суток, до полного “выедания” азота. Потом наступает голодание и убывание концентрации клеток.
- Накопление биомассы лимитировано азотом, при этом, необходимо учесть, что при засеве культуры в сосуд с 200 мл воды добавили 5 мл плотной суспензии, содержащей 1,8 г/л Азота (в расчете на NO3), что почти в 1,5 раза повышало содержание азота в культивированном сосуде при измеренном содержании суммарного азота порядка 0,08 г/л.
- Быстрый рост оптической плотности в варианте с добавлением среды Зарукка при длительном культивировании (7 суток) объясняется не ростом нитчатой формы, а выделением в культуру при высоком уровне минерального питания и температуре 24 С местной формы Chlorella.
- В исходной воде обнаружено несколько видов инфузорий, питающихся микроводорослями, что может отразиться на скорости роста культуры при более высоких плотностях, однако, интенсивный рост местной формы Chlorella позволяет надеяться на возможность культивирования с концентрацией биомассы в суспензии порядка 4-5 г/л.
- Для расчетов можно ориентироваться на примерное потребление азота (по N) 60 мг на 1 г сухой биомасс при скорости роста 2 г/л сутки.
Выводы:
- Спирулина плохо растет на осетровой воде, что связано с низким для нее уровнем pH 7, оптимальный для нее уровень pH 10.
- Хлорелла хорошо растет и быстро “съедает” азотное загрязнение, обогащает воду кислородом. Рекомендуется для выращивания в интенсивных системах замкнутого водоснабжения для осетров.
Полезные особенности хлореллы
Еще одна интересная особенность микроводоросли хлорелла это то, что она очень активно уничтожает патогенные организмы. Водоросли и бактерии, оказавшись в питательном растворе, начинают конкурировать друг с другом за место под солнцем. И если достаточно светло – микроводоросли выигрывают.
Сущность технологического воздействия процессов, происходящих в живой культуре Хлореллы, заключается в том, что в процессе жизнедеятельности микроводорослей происходит отмирание (гибель) болезнетворных бактерий.
Микробы, имеющие паратрофный тип питания (патогены), в высококонцентрированной живой биомассе хлореллы погибают. Таким образом, гибнут все патогенные микробы кишечной группы (возбудители брюшного тифа, паратифа А, паратифа В и всех видов дизентерии), а также для вирус полиомиелита и возбудители туберкулеза.
Микроводоросли, выделяя в процессе фотосинтеза молекулярный кислород, обеспечивают также окисление аммонийных солей в нитриты и нитраты, которые достаточно быстро усваиваются ими для построения своих тел, благодаря этому концентрация нитратов на выходе приближена к нулю.
Производительность фотореактора
Производительность фотореактора составляла в сутки примерно 40 литров живой суспензии хлореллы. Кстати, хлорелла очень оказалась быстро размножающейся микроводорослью, которая за сутки увеличивала свою биомассу в 5 раз. Но этот эффект был достигнут только тогда, когда мы подсоединили баллон с углекислым газом.
Установка
Был склеен плоский аквариум (фотореактор) высотой 1 * 1 * 0,04 м (объемом 40 литров), в котором размещались стеклянные перегородки для увеличения пути, проходимой водой. Через аквариум прогонялась вода из бассейна, где культивировали осетра, предварительно прошедшая через песочный фильтр.
Этот плоский аквариум освещался восемью установленными в упор к стеклу люминесцентными лампами мощностью по 36 Вт с обеих сторон. После него вода самотеком поступала в молочный сепаратор проточного типа, который был настроен на разделение чистой воды и суспензии микроводорослей.
Установка для выращивания хлореллы
Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к технологии выращивания хлореллы.
Известна установка для выращивания микроорганизмов, в том числе хлореллы, содержащая светопропускающий культиватор, выполненный в виде кюветы с плоскопараллельными стенками и с размещенными параллельно дну барбатерами и осветительными лампами, размещенными вдоль параллельных стенок кюветы. В качестве осветительных ламп используются люминесцентные лампы (RU 2077570 С1). К недостатку данного устройства следует отнести незначительный выход готовой продукции.
Наиболее близким аналогом является способ выращивания микроводоросли хлореллы, который предусматривает культивирование микроводоросли на жидкой питательной среде в условиях перемешивания и освещения при воздействии импульсного низкочастотного электромагнитного поля с магнитной индукцией 2000 Гс при частоте импульсов 10 Гц и длительностью 10 мкс (SU 1711734 А1). К недостаткам данного способа можно отнести небольшую производительность.
Технический результат изобретения заключается в создании установки, обеспечивающей высокую производительность выращивания хлореллы при сохранении требуемого качества.
Этот результат достигается тем, что установка для выращивания хлореллы (фиг.3) включает по меньшей мере две стеклянные емкости (1), установленные на металлическом каркасе (2) и расположенные одна над другой, снабженные нагревателем с терморегулятором (6) и источником освещения в виде по меньшей мере двух фитолюминесцентных ламп (4) со спектром излучения в диапазоне длин волн 400-500 нм и 600-700 нм, расположенных между парой емкостей (1), в каждой из которых находится устройство для создания электростатического поля, состоящее из системы медных электродов (10) на параллельных стенках емкостей, выполненных с возможностью регулирования их расположения и расстояния между ними, покрытых изоляционным материалом и подключенных к высоковольтному источнику постоянного электрического тока, выполненного с возможностью регулирования подаваемого напряжения.
В качестве источника освещения выбраны фитолюминесцентные лампы, выбор данных ламп не случаен, спектр их излучения сосредоточен в диапазоне длинны волны 400-500 и 600-700 нм, именно он является благоприятным для растений, в то время как у обычных люминесцентных ламп данный показатель лежит в области 500-600 нм.
Авторами была изучена зависимость роста микроводоросли от вида освещения.
Опыт по влиянию различных источников света на скорость размножения клеток хлореллы проводился в идентичных условиях с одинаковой начальной концентрацией клеток в суспензии.
Как видно из приведенных зависимостей применение фитолюминесцентной лампы обеспечивает большее увеличение плотности клеток микроводоросли в растворе по сравнению с обычной люминесцентной лампой.
На фиг. 1 представлен график зависимости увеличения плотности клеток суспензии хлореллы от вида источника света.
В табл. 1 показаны результаты обработки суспензии хлореллы электростатическим полем.
Пример 1.
Установка для выращивания хлореллы, включающая две стеклянные емкости, установленные на металлическом каркасе и расположенные одна над другой, снабженные нагревателем с терморегулятором и источником искусственного освещения в виде по меньшей мере двух фитолюминесцентных ламп со спектром излучения в диапазоне длин волн 400-500 нм и 600-700 нм. Подача углекислого газа осуществляется с помощью компрессора, а для перемешивания используется водяная помпа. Помпа и нагреватель помещены в изоляционный цилиндр, изготовленный из винипласта.
Пример 2.
Установка по примеру 1 отличается тем, что к стенкам каждой емкости снаружи прикреплена система из двух медных электродов, на которые от высоковольтного источника постоянного тока подается постоянный электрический ток напряжением 30 кВ.
Пример 3.
Установка по примеру 2 отличается тем, что к стенкам каждой емкости снаружи прикреплена система из двух медных электродов, на которые от высоковольтного источника постоянного тока подается постоянный электрический ток напряжением 50 кВ.
Пример 4.
Установка по примеру 2 отличается тем, что к стенкам каждой емкости снаружи прикреплена система из двух медных электродов, на которые от высоковольтного источника постоянного тока подается постоянный электрический ток напряжением 70 кВ.
Пример 5. Прототип
В табл. 1 приведены основные характеристики полученной суспензии хлореллы.
Данные табл. 1 показывают, что применение изобретения не только позволяет ускорить процесс выращивания хлореллы, но и повышает качество продукта.
Для сравнения в лабораторных условиях была воссоздана установка по патенту SU 1711734 А1.
Электромагнитное поле образовано источником переменного тока, в то время как электростатическое поле — источником постоянного тока. Переменный ток периодично меняет свою силу и направление в течение времени в отличие от постоянного тока.
Как видно из графика, применение электростатического поля для стимулирования культуры микроводоросли значительно повышает производительность установки в сравнении с использованием электромагнитного поля.
Результаты экспериментов представлены на фиг. 2.
Установка для выращивания хлореллы, включающая по меньшей мере две стеклянные емкости, установленные на металлическом каркасе и расположенные одна над другой, снабженные нагревателем с терморегулятором и источником освещения, отличающаяся тем, что в качестве источника освещения используются по меньшей мере две фитолюминесцентные лампы со спектром излучения в диапазоне длин волн 400-500 нм и 600-700 нм, расположенных между парой емкостей, в каждой из которых находится устройство для создания электростатического поля, состоящее из системы медных электродов на параллельных стенках емкостей, выполненных с возможностью регулирования их расположения и расстояния между ними, покрытых изоляционным материалом и подключенных к высоковольтному источнику постоянного электрического тока, выполненного с возможностью регулирования подаваемого напряжения.
